KR102373642B1 - Chromosome analysis system for diagnosis of radiation exposure based on deep learning - Google Patents

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Abstract

본 발명은 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템에 관한 것으로, 방사선 피폭 진단을 위한 염색체 판독 시스템에 대한 것으로, 염색체를 인식하는 제 1 신경망; 상기 염색체 중 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 제 2 신경망; 염색체의 개수를 분석하는 제 1 분석부 및 상기 분석된 염색체 중에서 비정상 및 중복 염색체의 개수를 분석하는 제 2 분석부를 포함하는 분석부; 상기 제 1 분석부 및 상기 제 2 분석부의 결과값으로 염색체를 판독불가, 정상 또는 비정상으로 판단하는 판독부;를 포함하는 것이다. 상기 방사선 피폭 진단을 위한 염색체 판독 시스템을 사용함으로써 종래 대비 판독 시간을 1/10 단축 시키면서 80% 이상의 높은 정확도로 방사선 피폭 염색체를 판독할 수 있다. The present invention relates to a chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning, and to a chromosome reading system for diagnosing radiation exposure, comprising: a first neural network for recognizing chromosomes; a second neural network for recognizing abnormal and duplicate chromosomes among the chromosomes; an analysis unit including a first analysis unit for analyzing the number of chromosomes and a second analysis unit for analyzing the number of abnormal and duplicate chromosomes among the analyzed chromosomes; and a reading unit that determines that the chromosome is unreadable, normal, or abnormal based on the results of the first analysis unit and the second analysis unit. By using the chromosome reading system for diagnosing radiation exposure, it is possible to read radiation-exposed chromosomes with high accuracy of 80% or more while shortening the reading time by 1/10 compared to the prior art.

Description

딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템 {CHROMOSOME ANALYSIS SYSTEM FOR DIAGNOSIS OF RADIATION EXPOSURE BASED ON DEEP LEARNING} Chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning {CHROMOSOME ANALYSIS SYSTEM FOR DIAGNOSIS OF RADIATION EXPOSURE BASED ON DEEP LEARNING}

본 발명은 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템 에 관한 것이다. 구체적으로, 염색체 판독 정확성을 향상시키기 위해 제 1 신경망과 제 2 신경망를 이용하여 각각 염색체, 상기 염색체 중 비정상 및 중복 염색체를 인식하고 두 개의 신경망을 이용하여 염색체의 개수를 분석하고 염색체 판독불가, 정상, 또는 비정상으로 판단하여 방사선 피폭정도를 진단하는데 사용하는 염색체 판독 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning. Specifically, in order to improve chromosome reading accuracy, each chromosome and abnormal and duplicate chromosomes among the chromosomes are recognized using the first and second neural networks, and the number of chromosomes is analyzed using two neural networks. Or it relates to a chromosome reading system that is used to diagnose the degree of radiation exposure by judging it as abnormal.

방사선 피폭이 인체에 미치는 영향을 분석하기 시작하면서 방사선 피폭 여부의 평가를 위한 방법 또한 점차 발전되고 있다. 특히 방사선 및 방사성물질에 비의도적으로 노출되는 방사선사고 시에 인체의 방사선 피폭을 정량적으로 평가할 필요가 있으나, 방사선 사고에서는 개인 선량계와 같은 방사선피폭을 정량적으로 측정할 기기를 부착/착용하지 않은 경우가 대다수이다.As the analysis of the effects of radiation exposure on the human body begins, methods for the evaluation of radiation exposure are also gradually developed. In particular, it is necessary to quantitatively evaluate the radiation exposure of the human body in the case of a radiation accident that is unintentionally exposed to radiation and radioactive materials. is the majority

방사선 피폭 사고가 발생하는 경우 방사선에 의해 DNA의 구조적 파괴가 일어나고, 이에 따라 이동원 염색체와 같은 비정상적인 염색체 이상을 유발한다. 이러한 비정상적인 염색체(세포)를 분석하여 노출 선량을 추정하는 생물학적 선량평가방법은 세포유전학적방법(국제표준방법), 이동원염색체분석법, 전좌분석법, 소핵분석법, 미성숙 염색체 응축 분석법 등이 있다. In the case of a radiation exposure accident, the structural destruction of DNA occurs by radiation, thereby causing abnormal chromosomal abnormalities such as moving source chromosomes. Biological dose evaluation methods for estimating exposure dose by analyzing abnormal chromosomes (cells) include cytogenetic method (international standard method), moving source chromosome analysis method, translocation analysis method, micronucleus analysis method, and immature chromosome condensation analysis method.

급성피폭사고에 주로 사용되는 이동원염색체 분석법을 생물학적 선량 평가에 활용하기 위해서는 채혈, 림프구 분리 및 배양, 세포회수, 세포고정, 슬라이드 제작, 슬라이드 염색, 중기세포 선정, 및 염색체 판독의 절차를 거친다. 상기 염색체 판독 과정에서는 개별 시료에 대해 사람이 직접 염색체 이상 유무 등을 판독하는 것이 일반적이며 1인이 하루 동안 판독 가능한 중기세포 수는 500개 정도이다. 특히 각 검사시료 당 1,000개의 중기세포를 계수하여 피폭 정도를 평가해야 함으로써 염색체 판독에 다수의 시간과 인력이 요구된다. 또한, 만약 체르노빌 사고나 후쿠시마 사고와 같은 대형 원자력 발전소 사고가 발생시, 집단인구를 대상으로 생물학적 선량평가를 수행해야 할 경우, 시간 및 비용적 측면에서 활용되기 매우 어렵다. In order to use the moving source chromosome analysis method, which is mainly used in acute exposure accidents, for the evaluation of biological dose, blood collection, lymphocyte isolation and culture, cell recovery, cell fixation, slide production, slide staining, metaphase cell selection, and chromosome reading are performed. In the chromosome reading process, it is common for a person to directly read the presence or absence of chromosomal abnormalities with respect to individual samples, and the number of metaphase cells that can be read by one person per day is about 500. In particular, it requires a lot of time and manpower to read chromosomes because it is necessary to evaluate the degree of exposure by counting 1,000 metaphase cells for each test sample. In addition, when a large nuclear power plant accident such as the Chernobyl accident or the Fukushima accident occurs, it is very difficult to utilize it in terms of time and cost if it is necessary to perform a biological dose assessment on a group population.

현재까지 염색체 자동화 판독을 위해 개발된 상용프로그램은 MetaferSystems 회사에서 제공하는 DCScore 소프트웨어가 유일하며, 이 프로그램을 이용하여 일부 생물선량평가를 수행하는 전문기관에서 염색체 자동화 판독에 대한 정확성을 평가하는 연구를 수행해 오고 있다. 그러나 이 프로그램은 육안판독에서 제시하는 분석기준(염색체 숫자 계수 및 이동원염색체 구분)과 비교하였을 때 정확성이 다소 떨어지는 단점이 있다. 특히, 종래의 방사선 피폭을 위한 염색체 판독 시스템은 염색체 인지 등에 컴퓨터 비전(CV) 방식을 이용하고, 일부 판독에 있어 기계학습법을 도입하는 수준에 머물러 그 정확성이 낮다는 문제점이 있다. To date, the only commercial program developed for automated chromosome reading is DCScore software provided by MetaferSystems. is coming However, this program has a disadvantage in that the accuracy is somewhat lower compared to the analysis standards (counting chromosome number and division of moving source chromosomes) suggested by the naked eye. In particular, the conventional chromosome reading system for radiation exposure uses a computer vision (CV) method for chromosome recognition, etc., and has a problem of low accuracy by staying at the level of introducing a machine learning method for some readings.

미국등록특허공보 US8605981 (2013.12.10)에서는 이상 염색체 감지 및 방사선 피폭량 평가 방법에 대한 특허를 기술하고 있다. 해당 특허에서는 각 이미지의 픽셀별 문턱값(Thresholding)을 이용하여 염색체를 분리해낸다(Segmentation). 분리된 각각의 염색체에서 동원체(Centromere)를 감지하고, 개별 감지된 동원체(Centromere) SVM이나 인공신경망의 기계학습법을 이용하여 이동원 염색체(동원체를 2개이상 가지는 비정상염색체) 여부를 감지한다. 또한, 감지된 비정상(이동원) 염색체 숫자 계수 등을 기반으로 하여 피폭선량을 추정하는 과정이 포함된다. 해당 방법은 일부 과정에서 인공신경망 기술이 적용된 프로그램으로 개발되어 현재 다양한 기관에서 사용 중에 있다. 하지만 실제 적용 시 염색체 숫자 계수 및 비정상(이동원) 염색체 인식에서 정확성이 떨어지는 문제가 대두되어 대부분의 경우 사람이 재확인하는 과정을 거쳐야 한다. 또한, 염색체 숫자를 계수하지 않는 기준에서 비정상 염색체 숫자만 확인하는 방식을 취하기 때문에 육안판독과 많은 차이를 나타낼 수 있는 오류가 있다. U.S. Patent Publication No. US8605981 (2013.12.10) describes a patent for a method for detecting abnormal chromosomes and evaluating radiation dose. In this patent, chromosomes are separated using a threshold value for each pixel of each image (Segmentation). Centromere is detected in each separated chromosome, and whether centromere (abnormal chromosome having two or more centromere) is detected using individually detected centromere SVM or machine learning method of artificial neural network. In addition, the process of estimating the exposure dose based on the detected abnormal (moving source) chromosome number coefficient, etc. is included. The method was developed as a program to which artificial neural network technology was applied in some courses and is currently being used by various institutions. However, when applied in practice, the problem of low accuracy in the counting of chromosome numbers and recognition of abnormal (moving source) chromosomes arises, and in most cases, a human must go through the process of re-verification. In addition, there is an error that may indicate a large difference from the naked eye because the method of checking only the abnormal number of chromosomes is taken in the standard that does not count the number of chromosomes.

2016년 발표된 "Automated Discrimination of Dicentric and Monocentric Chromosomes by Machine Learning-based Image Processing"에서는 SVM 기계학습 방법을 이용하여 정상 염색체, 이동원 염색체를 인지할 수 있는 방법을 제안한다. SVM 방식은 딥러닝 기술이 개발되기 이전에 상당히 높은 정확성을 가지는 기계학습법으로 주목 받았으나, SVM 방식의 정확성에 대한 한계 및 개별 염색체 인지에 Segmentation 기법을 사용함에 따라 염색체 판독 정확성에 한계가 존재한다.In "Automated Discrimination of Dicentric and Monocentric Chromosomes by Machine Learning-based Image Processing" published in 2016, we propose a method for recognizing normal chromosomes and migratory chromosomes using the SVM machine learning method. The SVM method received attention as a machine learning method with considerably high accuracy before the development of deep learning technology, but there are limitations in the accuracy of the SVM method and the accuracy of chromosome reading as it uses the segmentation method to recognize individual chromosomes.

2017년 발표된 "Accurate cytogenetic biodosimetry through automated dicentric chromosome curation and metaphase cell selection" 논문에서는 이미지 시그먼테이션 기술을 이용하여 염색체를 분리한 후, 염색체의 중심지점을 연결하며 동원체(Centromere)를 추정하고 비정상(이동원) 염색체 여부를 판독한다. 기존 방법에 비하여 정확성이 향상된 것으로 판단되나, 이는 딥러닝 기술 이전의 이미치 처리 기법 (Computer Vision, CV)을 발전시킨 방법으로 다수의 변수가 존재하는 이미지 판독 과정에서 최대 효율을 이끌어내기 어렵다.In the paper "Accurate cytogenetic biodosimetry through automated dicentric chromosome curation and metaphase cell selection" published in 2017, after separating chromosomes using image segmentation technology, the centromere The source of the movement) reads whether there is a chromosome or not. It is judged that the accuracy is improved compared to the existing method, but it is a method that developed the image processing technique (Computer Vision, CV) before the deep learning technology, and it is difficult to derive the maximum efficiency in the image reading process where there are many variables.

2019년 발표된 "A dicentricchromosome identification method based on clustering and watershed algorithm"에서는 이미치 처리 방법을 이용하여 정상 염색체, 이동원 염색체를 카운트하고 선량 평가를 수행하는 방법에 관한 것이다. 중첩된 염색체 등을 포함한 염색체 처리 기술의 상당한 향상을 나타내었으며 80%에 근접하는 판독 정확성을 달성하였으나, 이 또한 이미지 처리 기법 (CV)을 사용하여 이미지 판독 정확성에 한계를 보여주었다."A dicentricchromosome identification method based on clustering and watershed algorithm" published in 2019 relates to a method of counting normal chromosomes and migratory chromosomes using an image processing method and performing dose evaluation. It showed a significant improvement in chromosome processing technology including nested chromosomes, and achieved a reading accuracy approaching 80%, but this also showed limitations in image reading accuracy using an image processing technique (CV).

따라서 집단을 대상으로 발생하는 방사선 사고에 대비하여 방사선 피폭 진단을 신속하게 수행하기 위해서는 염색체 판독의 정확성이 높고, 판독 시간을 단축시키는 방법이 절실하게 요구되고 있다. Therefore, in order to quickly perform a radiation exposure diagnosis in preparation for a radiation accident occurring in a group, there is an urgent need for a method with high accuracy of chromosome reading and shortening the reading time.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템에 대한 것으로서, 딥러닝 기반의 객체 인식을 이용하여 생물학적 선량평가를 통해 판독 정확성을 높이는 동시에 판독 시간을 단축시킬 수 있다. The present application relates to a chromosome reading system for diagnosing radiation exposure to solve the problems of the prior art, and it is possible to increase reading accuracy and reduce reading time at the same time through biological dose evaluation using deep learning-based object recognition.

구체적으로, 염색체 판독 정확성을 향상시키기 위해 제 1 신경망과 제 2 신경망를 이용하여 각각 염색체, 상기 염색체 중 비정상 및 중복 염색체를 인식하고 두 개의 신경망을 이용하여 염색체의 개수를 분석하고 염색체를 판독불가, 정상, 또는 비정상으로 판단하는 방사선 피폭 염색체 판독 시스템에 관한 것이다.Specifically, in order to improve chromosome reading accuracy, each chromosome, abnormal and duplicate chromosomes among the chromosomes are recognized using the first and second neural networks, and the number of chromosomes is analyzed using two neural networks, and the chromosomes are unreadable, normal , or to a radiation-exposed chromosome reading system that is judged to be abnormal.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템은 염색체를 인식하는 제 1 신경망; 상기 염색체 중 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 제 2 신경망; 염색체의 개수를 분석하는 제 1 분석부 및 상기 분석된 염색체 중에서 비정상 및 중복 염색체의 개수를 분석하는 제 2 분석부를 포함하는 분석부; 상기 제 1 분석부 및 상기 제 2 분석부의 결과값으로 염색체를 판독불가, 정상 또는 비정상으로 판단하는 판독부;를 포함한다. A chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning of the present invention for achieving the above technical problem includes: a first neural network for recognizing chromosomes; a second neural network for recognizing abnormal and duplicate chromosomes among the chromosomes; an analysis unit including a first analysis unit for analyzing the number of chromosomes and a second analysis unit for analyzing the number of abnormal and duplicate chromosomes among the analyzed chromosomes; and a reading unit that determines that the chromosome is unreadable, normal, or abnormal based on the results of the first analysis unit and the second analysis unit.

상기 제 1 신경망은, 상기 염색체를 라벨링하는 제 1 라벨링부; 상기 염색체의 제 1 데이터를 확대하는 제 1 데이터 확대부; 및 상기 제 1 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 제 1 학습부;를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The first neural network, a first labeling unit for labeling the chromosome; a first data enlargement unit for enlarging the first data of the chromosome; and a first learning unit that educates the first data through machine learning, but is not limited thereto.

상기 제 2 신경망은, 상기 비정상 및 상기 중복 염색체를 라벨링하는 제 2 라벨링부; 상기 비정상 및 상기 중복 염색체의 제 2 데이터를 확대하는 제 2 데이터 확대부; 및 상기 제 2 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 제 2 학습부;를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The second neural network may include: a second labeling unit for labeling the abnormal and the duplicate chromosomes; a second data enlargement unit for enlarging second data of the abnormal and duplicate chromosomes; and a second learning unit that educates the second data through machine learning, but is not limited thereto.

상기 제 1 분석부는 상기 제 1 신경망 및 상기 제 2 신경망의 결과, 문턱값 및 하기 수학식 1을 이용하여 상기 염색체의 개수를 분석하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The first analysis unit may analyze the number of chromosomes using the results, thresholds, and Equation 1 below of the first and second neural networks, but is not limited thereto.

[수학식 1] [Equation 1]

Figure 112019104246191-pat00001
Figure 112019104246191-pat00001

상기 수학식 1에서, 상기 NT는 염색체의 개수, 상기 N1은 상기 제 1 신경망을 통해 인식된 염색체의 개수, 상기 Ni(S12|C)는 상기 제 2 신경망을 통해 인식된 영역이 상기 제 1 신경망에서 인식된 영역(S12)과 기준 C를 충족하여 i개의 중복된 염색체가 단일 객체에 포함된 염색체 객체의 개수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 1, N T is the number of chromosomes, N 1 is the number of chromosomes recognized through the first neural network, and N i (S 12 |C) is the region recognized through the second neural network The region S 12 recognized by the first neural network and the i number of duplicated chromosomes satisfying the criterion C may be the number of chromosome objects included in a single object, but is not limited thereto.

상기 제 2 분석부는 상기 제 1 신경망 및 상기 제 2 신경망의 결과 및 하기 식 2를 이용하여 상기 비정상 및 상기 중복 염색체의 개수를 분석하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The second analysis unit may analyze the number of abnormal and duplicate chromosomes using the results of the first and second neural networks and Equation 2 below, but is not limited thereto.

[수학식 2] [Equation 2]

Figure 112019104246191-pat00002
Figure 112019104246191-pat00002

상기 수학식 2에서, 상기 DF(Ab)는 비정상 염색체의 개수, 상기 D1(Cr)은 상기 제 1 신경망을 통해 인식된 염색체의 개수, 상기 D2(Ab)는 상기 제 2 신경망을 통해 인식된 비정상 염색체의 개수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 2, D F (Ab) is the number of abnormal chromosomes, D 1 (Cr) is the number of chromosomes recognized through the first neural network, and D 2 (Ab) is the number of chromosomes recognized through the second neural network. It may be the number of recognized abnormal chromosomes, but is not limited thereto.

상기 판독부는 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하지 못하는 경우에는 판독불가, 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하면서 비정상 염색체를 포함하면 비정상, 미포함하면 정상으로 판단하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The reading unit cannot read if the number of chromosomes does not satisfy Equation 3 below, and if the number of chromosomes satisfies Equation 3 below and includes an abnormal chromosome, it is abnormal, and if it does not, it is determined to be normal. , but is not limited thereto.

[수학식 3] [Equation 3]

Figure 112019104246191-pat00003
Figure 112019104246191-pat00003

상기 수학식 3에서, 상기 N은 상기 염색체의 개수, 상기 I는 0 내지 5인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 3, N may be the number of chromosomes, and I may be 0 to 5, but is not limited thereto.

방사선 피폭 진단을 위한 염색체 판독 방법은 염색체 판독 시스템이, 염색체를 인식하는 단계; 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계; 상기 인식된 정보를 기초로 정상, 비정상 및 중복 염색체 개수를 분석하는 단계; 및 상기 분석된 정보를 이용하여 상기 염색체를 판독불가, 정상 또는 비정상으로 판단하는 단계;를 포함한다. A chromosome reading method for diagnosing radiation exposure includes: recognizing, by a chromosome reading system, a chromosome; recognizing abnormal and redundant chromosomes; analyzing the number of normal, abnormal and duplicate chromosomes based on the recognized information; and determining the chromosome as unreadable, normal or abnormal using the analyzed information.

상기 염색체를 인식하는 단계는 상기 염색체를 라벨링하는 단계; 상기 염색체의 데이터를 확대하는 단계; 및 상기 제 1 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 단계;를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Recognizing the chromosome may include: labeling the chromosome; enlarging the data of the chromosome; and educating the first data through machine learning; may include, but is not limited thereto.

상기 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계는 상기 비정상 및 상기 중복 염색체를 라벨링하는 단계; 상기 비정상 및 상기 중복 염색체의 데이터를 확대하는 단계; 및 상기 제 2 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 단계;를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Recognizing the abnormal and redundant chromosomes may include: labeling the abnormal and redundant chromosomes; enlarging the data of the abnormal and the duplicated chromosomes; and educating the second data through machine learning, but is not limited thereto.

상기 염색체의 개수를 분석하는 단계는 하기 수학식 1을 이용하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The step of analyzing the number of chromosomes may be using Equation 1 below, but is not limited thereto.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019104246191-pat00004
Figure 112019104246191-pat00004

상기 수학식 1에서, 상기 NT는 염색체의 개수, 상기 N1은 상기 인식된 염색체의 개수, 상기 Ni(S12|C)는 상기 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계에서 인식된 영역이 상기 염색체를 인식하는 단계에서 인식된 영역(S12)과 기준 C를 충족하여 i개의 중복된 염색체가 단일 객체에 포함된 염색체 객체의 개수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 1, N T is the number of chromosomes, N 1 is the number of recognized chromosomes, and N i (S 12 | C) is the region recognized in the step of recognizing the abnormal and duplicate chromosomes. The region (S 12 ) recognized in the step of recognizing the chromosome and the i number of duplicated chromosomes satisfying the criterion C may be the number of chromosome objects included in a single object, but is not limited thereto.

상기 비정상 및 중복 염색체의 개수를 분석하는 단계는 하기 수학식 2를 이용하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The step of analyzing the number of abnormal and duplicate chromosomes may be performed using Equation 2 below, but is not limited thereto.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019104246191-pat00005
Figure 112019104246191-pat00005

상기 수학식 2에서, 상기 DF(Ab)는 비정상 염색체의 개수, 상기 D1(Cr)은 상기 염색체를 인식하는 단계에서 인식된 염색체의 개수, 상기 D2(Ab)는 상기 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계에서 인식된 비정상 염색체의 개수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 2, D F (Ab) is the number of abnormal chromosomes, D 1 (Cr) is the number of chromosomes recognized in the step of recognizing the chromosome, and D 2 (Ab) is the abnormal and duplicate chromosomes It may be the number of abnormal chromosomes recognized in the step of recognizing, but is not limited thereto.

상기 판단하는 단계는 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하지 못하는 경우에는 판독불가, 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하면서 비정상 염색체를 포함하면 비정상, 미포함하면 정상으로 판단하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the determining step, if the number of chromosomes does not satisfy Equation 3 below, it is impossible to read, and if the number of chromosomes satisfies Equation 3 below and contains an abnormal chromosome, it is abnormal, and if it does not, it is determined as normal. However, the present invention is not limited thereto.

[수학식 3] [Equation 3]

Figure 112019104246191-pat00006
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상기 수학식 3에서, 상기 N은 상기 염색체의 개수, 상기 I는 0 내지 5인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 3, N may be the number of chromosomes, and I may be 0 to 5, but is not limited thereto.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다. The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템은 기계학습을 이용하고 두 개의 신경망을 이용함으로써 종래의 염색체 판단 시스템보다 정확성을 향상(80% 이상)시켰으며, 기계학습을 이용하여 자동으로 판독을 시행함으로써 종래의 육안 판독법보다 판독 시간을 종래 대비 1/10 이상 단축시킬 수 있다. According to the above-mentioned means for solving the problems of the present application, the deep learning-based radiation exposure diagnosis chromosome reading system according to the present application uses machine learning and two neural networks to improve the accuracy (80% or more) than the conventional chromosome determination system. , it is possible to reduce the reading time by more than 1/10 compared to the conventional method by performing automatic reading using machine learning.

또한 육안판독에서는 1인이 1개의 시료를 분석해야 하지만 본원에 따른 판독 시스템을 이용할 경우 1인이 동시에 여러 개의 시료를 분석할 수 있기 때문에 검사 효율을 높일 수 있다.In addition, although one person has to analyze one sample in visual reading, when the reading system according to the present invention is used, one person can analyze several samples at the same time, so the inspection efficiency can be increased.

도 1은 본원의 일 구현예에 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템의 도면이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 문턱값의 결정 알고리즘의 도면이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템 알고리즘의 도면이다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 방법의 순서도이다.
도 5는 본 실시예에 따라 측정된 염색체의 개수를 계수한 사진이다.
도 6은 본 실시예에 따라 측정된 비정상 및 중복 염색체의 개수를 계수한 사진이다.
1 is a diagram of a chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning according to an embodiment of the present application.
2 is a diagram of an algorithm for determining a threshold according to an embodiment of the present application.
3 is a diagram of a chromosome reading system algorithm for diagnosing radiation exposure based on deep learning according to an embodiment of the present application.
4 is a flowchart of a chromosome reading method for diagnosing radiation exposure based on deep learning according to an embodiment of the present application.
5 is a photograph in which the number of chromosomes measured according to the present embodiment is counted.
6 is a photograph in which the number of abnormal and duplicate chromosomes measured according to the present embodiment is counted.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In describing each figure, like reference numerals are used for like elements. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The term “and/or” includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. shouldn't

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is positioned “on”, “on”, “on”, “on”, “under”, “under”, or “under” another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다. As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used in a sense at or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure in an unreasonable way. Also, throughout this specification, "step to" or "step to" does not mean "step for".

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It is meant to include one or more selected from the group consisting of.

이하에서는 본원의 방사선 피폭 염색체 판독 장치 및 이를 이용한 방사선 피폭 염색체의 판독 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the radiation-exposed chromosome reading apparatus of the present application and the radiation-exposed chromosome reading method using the same will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.

본원은, 염색체를 인식하는 제 1 신경망; 상기 염색체 중 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 제 2 신경망; 염색체의 개수를 분석하는 제 1 분석부 및 상기 분석된 염색체 중에서 비정상 및 중복 염색체의 개수를 분석하는 제 2 분석부를 포함하는 분석부; 상기 제 1 분석부 및 상기 제 2 분석부의 결과값으로 염색체를 판독불가, 정상 또는 비정상으로 판단하는 판독부;를 포함하는 방사선 피폭 진단을 확인하는 염색체 판독 시스템에 관한 것이다. The present application, a first neural network for recognizing a chromosome; a second neural network for recognizing abnormal and duplicate chromosomes among the chromosomes; an analysis unit including a first analysis unit for analyzing the number of chromosomes and a second analysis unit for analyzing the number of abnormal and duplicate chromosomes among the analyzed chromosomes; It relates to a chromosome reading system for confirming a diagnosis of radiation exposure, including a reading unit that determines that a chromosome is unreadable, normal, or abnormal based on the results of the first analysis unit and the second analysis unit.

본원에 따른 방사선 피폭 염색체 판독 장치는 이동원 염색체 분석법으로 생물학적 선량 평가를 수행할 때, 염색체 판독 과정에서 사용하는 것일 수 있다. 또한 본원의 기술을 활용하여 다른 염색체 판독 분야에 활용될 수 있다. The radiation-exposed chromosome reading apparatus according to the present disclosure may be used in the chromosome reading process when biological dose evaluation is performed by the moving-source chromosome analysis method. In addition, by utilizing the technology of the present application, it can be utilized in other fields of chromosomal reading.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템 의 도면이다. 1 is a diagram of a chromosome reading system for diagnosis of deep learning-based radiation exposure according to an embodiment of the present application.

구체적으로, 본원에 따른 방사선 피폭 염색체 판독 시스템은(100) 염색체를 인식하는 제 1 신경망(110), 상기 염색체 중 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 제 2 신경망(120), 염색체의 개수를 분석하는 제 1 분석부(131) 및 상기 분석된 염색체 중에서 비정상 및 중복 염색체의 개수를 분석하는 제 2 분석부(132)를 포함하는 분석부(130), 상기 제 1 분석부(131) 및 상기 제 2 분석부(132)의 결과값으로 염색체를 판독불가, 정상 또는 비정상으로 판단하는 판독부(140)를 포함한다. Specifically, the radiation exposure chromosome reading system according to the present application (100) is a first neural network 110 for recognizing chromosomes, a second neural network 120 for recognizing abnormal and duplicate chromosomes among the chromosomes, and a first for analyzing the number of chromosomes. An analysis unit 130 including a first analysis unit 131 and a second analysis unit 132 for analyzing the number of abnormal and duplicate chromosomes among the analyzed chromosomes, the first analysis unit 131 and the second analysis unit A reading unit 140 that determines the chromosome as unreadable, normal, or abnormal as the result of the unit 132 is included.

상기 제 1 신경망(110)은, 상기 염색체를 라벨링하는 제 1 라벨링부(미도시); 상기 염색체의 제 1 데이터를 확대하는 제 1 데이터 확대부(미도시); 및 상기 제 1 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 제 1 학습부(미도시);를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The first neural network 110, a first labeling unit (not shown) for labeling the chromosome; a first data enlargement unit (not shown) for enlarging the first data of the chromosome; and a first learning unit (not shown) for educating the first data through machine learning, but is not limited thereto.

상기 제 1 신경망(110)에서 인식하는 상기 염색체는 정상, 비정상 및 중복 염색체를 가리지 않고 모든 염색체를 포함하는 것이다. 상기 제 1 신경망(110)의 제 1 라벨링부는 인식된 각각의 염색체를 라벨링한다. 이어서, 학습 효율을 증가시키기 위해 상기 제 1 데이터 확대부에서 데이터를 확대시킨다. 이 때 상기 제 1 데이터 확대부는 상기 데이터를 회전(rotation), 플립(flip), 리사이징(resizing) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 수행하는 것 일 수 있다. 구체적으로 이미지에서 인식된 염색체의 정확한 판독을 위해 상기 염색체를 회전, 플립, 리사이징 등을 함으로써 상기 염색체를 더욱 명확하게 인식하도록 하는 것이다. 이어서, 가공된 상기 제 1 데이터를 제 1 학습부에서 기계학습(머신러닝 및 딥러닝)으로 교육한다. 상기 제 1 학습부에서 제 1 데이터를 학습함으로써 염색체의 판독 정확성이 향상되는 것 일 수 있다. 또한 학습된 상기 제 1 데이터를 이용하여 머신러닝을 통해서 판독 정확성이 향상되는 것 일 수 있다. 학습을 통해 구축된 상기 제 1 신경망(110)은 개별 인식된 상기 염색체의 숫자, 위치, 크기 등을 정량화할 수 있다. The chromosome recognized by the first neural network 110 includes all chromosomes regardless of normal, abnormal, and duplicate chromosomes. The first labeling unit of the first neural network 110 labels each recognized chromosome. Next, the data is enlarged in the first data enlarger in order to increase learning efficiency. In this case, the first data enlargement unit may perform rotation, flip, resizing, and combinations thereof on the data. Specifically, in order to accurately read the chromosome recognized in the image, the chromosome is rotated, flipped, resizing, etc. to make the chromosome more clearly recognized. Then, the processed first data is trained by machine learning (machine learning and deep learning) in the first learning unit. The reading accuracy of the chromosome may be improved by learning the first data in the first learning unit. In addition, reading accuracy may be improved through machine learning using the learned first data. The first neural network 110 constructed through learning may quantify the number, position, size, etc. of the individually recognized chromosomes.

상기 제 1 신경망(110)은 Feature Pyramid Network, Faster RcNN 알고리즘, RetinaNet 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 신경망을 사용하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The first neural network 110 may use a neural network selected from the group consisting of a Feature Pyramid Network, a Faster RcNN algorithm, RetinaNet, and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 기계 학습(Machine Learning)은 인공지능의 한 종류로서 컴퓨터가 주어진 데이터를 통해 스스로 학습하도록 하는 것을 의미한다. 기계 학습은 데이터의 표현과 이들에 대한 평가를 위한 함수 및 일반화(generalization)를 포함한다. 일반화는 현재 모형이 새로운 데이터에도 그대로 적용되도록 하는 것을 의미한다.The machine learning (Machine Learning) is a type of artificial intelligence, which means that a computer learns by itself through given data. Machine learning includes functions and generalizations for representing data and evaluating them. Generalization means that the current model is applied to new data as it is.

상기 제 2 신경망(120)은, 상기 비정상 및 상기 중복 염색체를 라벨링하는 제 2 라벨링부(미도시); 상기 비정상 및 상기 중복 염색체의 제 2 데이터를 확대하는 제 2 데이터 확대부(미도시); 및 상기 제 2 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 제 2 학습부(미도시);를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The second neural network 120 includes a second labeling unit (not shown) for labeling the abnormal and the duplicate chromosomes; a second data enlargement unit (not shown) for enlarging second data of the abnormal and duplicate chromosomes; and a second learning unit (not shown) for educating the second data through machine learning, but is not limited thereto.

상기 비정상 염색체는 이동원체 염색체(Dicentric Chromosome), 무동원체 염색치(Acentric Chromosome), 환상 염색체(Ring Chromosome) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 비정상 염색체를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The abnormal chromosome may include an abnormal chromosome selected from the group consisting of Dicentric Chromosome, Acentric Chromosome, Ring Chromosome, and combinations thereof. it is not

상기 제 2 신경망(120)에서는 상기 비정상 및 상기 중복 염색체를 인식하는 것이다. 상기 제 1 신경망(110)으로 다수의 객체 인식을 수행할 수 있음에도 불구하고 본원에서는 제 2 신경망(120)으로 상기 비정상 및 상기 중복 염색체를 인식함으로써 염색체의 판독 정확성을 향상시켰다. 상기 제 2 신경망(120)의 제 2 라벨링부는 인식된 각각의 염색체를 라벨링한다. 이어서, 학습 효율을 증가시키기 위해 상기 제 2 데이터 확대부에서 데이터를 확대시킨다. 이 때 상기 제 2 데이터 확대부는 상기 데이터를 회전(rotation), 플립(flip), 리사이징(resizing) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 수행하는 것 일 수 있다. 구체적으로 이미지에서 인식된 염색체의 정확한 판독을 위해 상기 염색체를 회전, 플립, 리사이징 등을 함으로써 상기 염색체를 더욱 명확하게 인식하도록 하는 것이다. 이어서, 가공된 상기 제 2 데이터를 제 2 학습부에서 기계학습(머신러닝 및 딥러닝)으로 교육한다. 상기 제 2 학습부에서 제 2 데이터를 학습함으로써 염색체의 판독 정확성이 향상되는 것 일 수 있다. 또한 학습된 상기 제 2 데이터를 이용하여 머신러닝을 통해서 판독 정확성이 향상되는 것 일 수 있다. 학습을 통해 구축된 상기 제 2 신경망(120)은 개별 인식된 상기 염색체의 숫자, 위치, 크기 등을 정량화할 수 있다.The second neural network 120 recognizes the abnormal and the duplicate chromosome. Although the first neural network 110 can perform multiple object recognition, in the present application, the second neural network 120 recognizes the abnormal and the duplicate chromosomes, thereby improving the reading accuracy of the chromosomes. The second labeling unit of the second neural network 120 labels each recognized chromosome. Next, the data is enlarged in the second data enlarger to increase learning efficiency. In this case, the second data enlargement unit may perform rotation, flip, resizing, and combinations thereof on the data. Specifically, in order to accurately read the chromosome recognized in the image, the chromosome is rotated, flipped, resizing, etc. to make the chromosome more clearly recognized. Next, the processed second data is trained by machine learning (machine learning and deep learning) in the second learning unit. The reading accuracy of the chromosome may be improved by learning the second data in the second learning unit. In addition, reading accuracy may be improved through machine learning using the learned second data. The second neural network 120 constructed through learning may quantify the number, position, size, etc. of the individually recognized chromosomes.

상기 제 2 신경망(120)은 Feature Pyramid Network, Faster RcNN 알고리즘, RetinaNet 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 신경망을 사용하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The second neural network 120 may use a neural network selected from the group consisting of a Feature Pyramid Network, a Faster RcNN algorithm, RetinaNet, and combinations thereof, but is not limited thereto.

신경망을 단독으로 사용했을 때 보다 상기 제 1 신경망(110) 및 상기 제 2 신경망(120) 두 가지의 신경망을 동시에 사용하여 염색체를 각각 인식함으로써 더 정확하게 염색체를 인식할 수 있다. Chromosomes can be recognized more accurately by recognizing each of the chromosomes using the two neural networks of the first neural network 110 and the second neural network 120 at the same time than when the neural network is used alone.

상기 제 1 분석부(131)는 상기 제 1 신경망(110) 및 상기 제 2 신경망(120)의 결과, 문턱값 및 하기 수학식 1을 이용하여 상기 염색체의 개수를 분석하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The first analysis unit 131 may analyze the number of chromosomes using the results of the first neural network 110 and the second neural network 120, a threshold value, and Equation 1 below. It is not limited.

Figure 112019104246191-pat00007
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상기 수학식 1에서, 상기 NT는 염색체의 총 개수, 상기 N1은 상기 제 1 신경망을 통해 인식된 염색체의 개수, 상기 Ni(S12|C)는 상기 제 2 신경망을 통해 인식된 영역이 상기 제 1 신경망에서 인식된 영역(S12)과 기준 C를 충족하여 i개의 중복된 염색체가 단일 객체에 포함된 염색체 객체의 개수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 1, N T is the total number of chromosomes, N 1 is the number of chromosomes recognized through the first neural network, and N i (S 12 |C) is a region recognized through the second neural network The region S 12 recognized by the first neural network and the i number of duplicated chromosomes satisfying the criterion C may be the number of chromosome objects included in a single object, but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 신경망 1 에서 인식된 영역(이미지)와 상기 신경망 2에서 인식된 영역이 겹쳐지는 정도를 %로 나타냈을 때 기준 C% 보다 클 경우에, 상기 신경망 1과 상기 신경망 2의 중복된 영역에서의 염색체 i개를 선정하는 것 일 수 있다. Specifically, when the overlapping degree of the area (image) recognized by the neural network 1 and the area recognized by the neural network 2 is expressed in %, when it is greater than the reference C%, the overlapping area of the neural network 1 and the neural network 2 It may be to select i chromosomes in

상기 수학식 1에서 상기 제 1 신경망(110)을 통해서 인식된 염색체, 즉 정상, 비정상 및 중복 염색체의 모든 개수 N1에서 상기 제 2 신경망을 통해서 인식된 염색체의 값을 이용하여 보정함으로써 중복된 염색체의 개수를 보정한 총 염색체의 개수 NT를 구할 수 있다. In Equation 1, the chromosomes recognized through the first neural network 110, that is, duplicated chromosomes by correcting using the values of the chromosomes recognized through the second neural network in all numbers N 1 of normal, abnormal, and duplicate chromosomes. The total number of chromosomes N T can be obtained by correcting the number of .

상기 문턱값은 도 2의 알고리즘을 통해서 결정되는 것일 수 있다. The threshold value may be determined through the algorithm of FIG. 2 .

상기 문턱값(threshold)는 상기 제 1 신경망(110) 또는 상기 제 2 신경망(120)에서 객체(염색체)를 감지할 때 정답으로 인지할 확률의 기준치로서 IOU Threshold 또는 Score Threshold일 수 있다. 일반적으로 상기 문턱값을 낮게 설정할 경우 탐지율이 상승할 수 있고, 높게 책정될 경우 탐지율이 감소될 수 있다. The threshold is a reference value of the probability of recognizing an object (chromosome) as a correct answer when the first neural network 110 or the second neural network 120 detects an object (chromosome), and may be an IOU Threshold or a Score Threshold. In general, when the threshold is set low, the detection rate may increase, and when the threshold is set high, the detection rate may decrease.

도 2는 본원의 일 구현예에 따른 문턱값의 결정 알고리즘의 도면이다. 2 is a diagram of an algorithm for determining a threshold according to an embodiment of the present application.

도 2를 참조하면, 상기 문턱값은 상기 염색체의 개수 N이 N=46±I 가 되도록 설정되는 것이다. 구체적으로, 도 2에서 T는 실제 적용되는 문턱 값, Tc는 문턱 값의 초기 값, t는 문턱 값의 변화량으로서 대략 0.01 정도인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 Tc는 상기 제 1 신경망(110) 및/또는 상기 제 2 신경망(120)에서 학습에 의해서 결정되는 것 일 수 있다. Referring to FIG. 2 , the threshold value is set such that the number N of the chromosomes is N=46±I. Specifically, in FIG. 2 , T is an actually applied threshold value, T c is an initial value of the threshold value, and t is an amount of change of the threshold value, which may be about 0.01, but is not limited thereto. The T c may be determined by learning in the first neural network 110 and/or the second neural network 120 .

또한 상기 I 는 염색체 판독 개수의 허용 오차로서 0 내지 5인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 I가 0일 경우 상기 N은 46개로서 정상인의 염색체의 수가 된다. 하지만 상기 I가 5 초과일 경우 염색체의 숫자가 정상인의 염색체의 수 대비 차이가 남으로써 정확한 판독을 내리는 데 어려움이 생길 수 있다. In addition, I may be 0 to 5 as a tolerance for the number of chromosome reads, but is not limited thereto. When I is 0, N is 46, which is the number of chromosomes of a normal person. However, when the I is greater than 5, the number of chromosomes may have a difference compared to the number of chromosomes of a normal person, so that it may be difficult to make an accurate reading.

본원에 따른 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템은 상기 제 1 신경망(110) 및/또는 제 2 신경망(120)을 통해서 상기 문턱값을 자동으로 설정하여 최적의 염색체 인식 확률을 확보할 수 있다. The deep learning-based chromosome reading system for diagnosing radiation exposure according to the present application can secure the optimal chromosome recognition probability by automatically setting the threshold value through the first neural network 110 and/or the second neural network 120 .

상기 제 2 분석부(132)는 상기 제 1 신경망(110) 및 상기 제 2 신경망(120)의 결과 및 하기 수학식 2를 이용하여 상기 비정상 및 상기 중복 염색체의 개수를 분석하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The second analysis unit 132 may analyze the number of abnormal and duplicate chromosomes using the results of the first neural network 110 and the second neural network 120 and Equation 2 below, However, the present invention is not limited thereto.

Figure 112019104246191-pat00008
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상기 수학식 2에서, 상기 DF(Ab)는 비정상 염색체의 개수, 상기 D1(Cr)은 상기 제 1 신경망을 통해 인식된 염색체의 개수, 상기 D2(Ab)는 상기 제 2 신경망을 통해 인식된 비정상 염색체의 개수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 2, D F (Ab) is the number of abnormal chromosomes, D 1 (Cr) is the number of chromosomes recognized through the first neural network, and D 2 (Ab) is the number of chromosomes recognized through the second neural network. It may be the number of recognized abnormal chromosomes, but is not limited thereto.

상기 제 2 신경망(120)에서 인식되는 상기 비정상 염색체는 염색체가 아닌 경우에도 인식을 하는 경우가 존재하며, 이러한 에러를 최소화하기 위해 상기 수학식 2를 통하여 비정상 염색체의 개수를 보정하는 것이다. There are cases in which the abnormal chromosome recognized by the second neural network 120 is recognized even when it is not a chromosome, and in order to minimize this error, the number of abnormal chromosomes is corrected through Equation 2 above.

상기 판독부(140)는 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하지 못하는 경우에는 판독불가, 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하면서 비정상 염색체를 포함하면 비정상, 미포함하면 정상으로 판단하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The reading unit 140 cannot read if the number of chromosomes does not satisfy Equation 3 below, and if the number of chromosomes satisfies Equation 3 and contains an abnormal chromosome, it is abnormal, and if it does not, it is determined as normal. may be, but is not limited thereto.

Figure 112019104246191-pat00009
Figure 112019104246191-pat00009

상기 수학식 3에서, 상기 N은 상기 염색체의 개수, 상기 I는 0 내지 5인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 3, N may be the number of chromosomes, and I may be 0 to 5, but is not limited thereto.

상기 I는 염색체 판독 개수의 허용오차인 것이다. The I is the tolerance of the number of chromosome reads.

상기 판독부(140)는 도 3의 알고리즘에 따라 방사선 피폭 염색체를 판독하는 것 일 수 있다. The reading unit 140 may read radiation-exposed chromosomes according to the algorithm of FIG. 3 .

도 3은 본원의 일 구현예에 따른 방사선 피폭 염색체 판단 알고리즘의 도면이다. 3 is a diagram of a radiation exposure chromosome determination algorithm according to an embodiment of the present application.

도 3을 참조하면, 우선 염색체를 판독하기 위한 염색체 이미지에서 상기 분석부에서 분석한 염색체의 개수를 바탕으로 상기 수학식 3을 충족하는 지에 대한 판단을 한다. 이는 사람의 염색체는 23쌍, 총 46개가 존재하므로 허용 오차 범위 내에 염색체가 존재하는 지를 먼저 판단하는 것이다. 종래의 염색체 판독(미국등록특허공보 US8605981B2)에서는 염색체 숫자를 계수하지 않은 상태에서 비정상 염색체 숫자만을 확인하기 때문에 육안 판독과 차이가 났다. 구체적으로, 만약 10개의 염색체만 검출했을 때, 모두 정상 염색체만 검출되었다면 종래 기술은 정상이라고 판단하는 반면, 본원 발명에서는 판독불가로 판단할 것이다. 하지만 인간의 염색체는 총 46개로 그 중 10개의 염색체가 정상일 때 나머지 36개의 염색체 또한 정상이라고 판단하는 데에는 오류가 있다. 즉, 본원에 따른 방사선 피폭 염색체 판독 장치는 염색체의 계수를 먼저 수행함으로써 오차를 줄이고 자료의 신뢰성을 높일 수 있다. Referring to FIG. 3 , it is first determined whether Equation 3 is satisfied based on the number of chromosomes analyzed by the analysis unit in a chromosome image for reading chromosomes. Since there are 23 pairs of human chromosomes, a total of 46, it is first determined whether the chromosomes exist within the tolerance range. In the conventional chromosome reading (US Patent Publication No. US8605981B2), since the number of chromosomes is not counted and only the number of abnormal chromosomes is checked, it is different from reading with the naked eye. Specifically, when only 10 chromosomes are detected, if only normal chromosomes are detected, the prior art is determined to be normal, whereas in the present invention, it will be determined to be unreadable. However, there is a total of 46 chromosomes in humans, and when 10 of them are normal, there is an error in judging that the remaining 36 chromosomes are also normal. That is, the radiation-exposed chromosome reading apparatus according to the present application can reduce errors and increase data reliability by first counting chromosomes.

이어서, 계수된 상기 염색체의 수가 상기 수학식 3을 만족했을 때, 비정상 염색체를 포함하는 경우 비정상, 비정상 염색체를 미포함하는 경우 정상으로 판단하는 것이다. Next, when the counted number of chromosomes satisfies Equation 3, it is determined that the abnormal chromosome is included in the abnormal case and that the abnormal chromosome is not included in the normal case.

상기 판독부(140)에서 판독한 결과를 바탕으로 방사선 피폭 선량을 판단할 수 있으며, 추가 가공을 통해 방사선량을 직접 추정할 수 있다. The radiation exposure dose can be determined based on the result read by the reading unit 140 , and the radiation dose can be directly estimated through additional processing.

상기 방사선 피폭 염색체 판단 장치의 정확성은 80% 내지 100%인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The accuracy of the radiation-exposed chromosome determination device may be 80% to 100%, but is not limited thereto.

종래의 염색체 판단 시스템이나 프로그램의 경우 정확성이 80%를 넘지 못 했던 반면, 본원에 따른 방사선 피폭 염색체 판단 장치는 80% 이상의 정확성을 나타낸다. 구체적으로, 개별 염색체의 판독률은 95% 이상, 비정상 및 중복 염색체의 판독률은 95%이상을 나타낸다. 더욱이 연속된 학습을 통해서 상기 정확성은 더욱 높아질 것으로 예상할 수 있다. In the case of a conventional chromosome determination system or program, the accuracy did not exceed 80%, whereas the radiation exposure chromosome determination apparatus according to the present application exhibits an accuracy of 80% or more. Specifically, the read rate of individual chromosomes is 95% or more, and the read rates of abnormal and duplicate chromosomes are 95% or more. Moreover, it can be expected that the accuracy will be further increased through continuous learning.

본원에 따른 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템은 기계학습을 이용하고 두 개의 신경망을 이용함으로써 종래의 염색체 판단 시스템보다 정확성을 향상시켰으며, 기계학습으로 자동으로 판독을 시행함으로써 종래의 육안 판독법보다 판독 시간을 종래 대비 1/10 이상 단축시킬 수 있다. 또한 동시에 다수의 시료를 분석할 수 있기 때문에 검사효율을 높일 수 있다.The deep learning-based chromosome reading system for diagnosing radiation exposure according to the present application uses machine learning and two neural networks to improve accuracy compared to the conventional chromosome judgment system, and by performing automatic reading by machine learning, it is better than the conventional visual reading method. The reading time can be shortened by 1/10 or more compared to the prior art. In addition, since a large number of samples can be analyzed at the same time, the inspection efficiency can be increased.

본원은 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템이, 염색체를 인식하는 단계; 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계; 상기 인식된 정보를 기초로 정상, 비정상, 중복 및 판독불가 염색체 개수를 분석하는 단계; 및 상기 분석된 정보를 이용하여 상기 염색체를 판독불가, 정상 또는 비정상으로 판단하는 단계;를 포함하는 방사선 피폭 진단을 위한 염색체 판독 방법을 제공한다. Herein, a deep learning-based chromosome reading system for diagnosing radiation exposure comprises: recognizing a chromosome; recognizing abnormal and redundant chromosomes; analyzing the number of normal, abnormal, duplicate and unreadable chromosomes based on the recognized information; and judging the chromosome as unreadable, normal, or abnormal using the analyzed information; provides a chromosome reading method for radiation exposure diagnosis comprising a.

도 4는 본원의 일 구현예에 따른 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템을 이용한 판독 방법의 순서도이다. 4 is a flowchart of a reading method using a deep learning-based chromosome reading system for diagnosing radiation exposure according to an embodiment of the present application.

먼저, 염색체를 인식한다(S100).First, the chromosome is recognized (S100).

상기 염색체를 인식하는 단계는 상기 염색체를 라벨링하는 단계; 상기 염색체의 데이터를 확대하는 단계; 및 상기 제 1 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 단계;를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Recognizing the chromosome may include: labeling the chromosome; enlarging the data of the chromosome; and educating the first data through machine learning; may include, but is not limited thereto.

상기 염색체는 정상, 비정상 및 중복 염색체를 가리지 않고 모든 염색체를 포함하는 것이다. The chromosome includes all chromosomes regardless of normal, abnormal, and duplicate chromosomes.

상기 염색체를 인식하는 단계는 상기 제 1 신경망(110)이 상기 염색체를 인식하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 제 1 라벨링부가 상기 염색체를 라벨링하고, 상기 제 1 데이터 확대부가 상기 염색체의 데이터를 확대하고, 상기 제 1 학습부가 상기 제 1 데이터를 교육하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The step of recognizing the chromosome may be that the first neural network 110 recognizes the chromosome, but is not limited thereto. Specifically, the first labeling unit may label the chromosome, the first data expansion unit may expand the data of the chromosome, and the first learning unit may educate the first data, but is not limited thereto.

이어서, 비정상 및 중복 염색체를 인식한다(S200). Subsequently, abnormal and duplicate chromosomes are recognized (S200).

상기 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계는 상기 비정상 및 상기 중복 염색체를 라벨링하는 단계; 상기 비정상 및 상기 중복 염색체의 데이터를 확대하는 단계; 및 상기 제 2 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 단계;를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Recognizing the abnormal and redundant chromosomes may include: labeling the abnormal and redundant chromosomes; enlarging the data of the abnormal and the duplicated chromosomes; and educating the second data through machine learning, but is not limited thereto.

상기 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계는 상기 제 2 신경망(120)이 상기 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 제 2 라벨링부가 상기 비정상 및 중복 염색체를 라벨링하고, 상기 제 2 데이터 확대부가 상기 비정상 및 중복 염색체의 데이터를 확대하고, 상기 제 2 학습부가 상기 제 2 데이터를 교육하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The step of recognizing the abnormal and duplicate chromosomes may be that the second neural network 120 recognizes the abnormal and duplicate chromosomes, but is not limited thereto. Specifically, the second labeling unit labels the abnormal and duplicate chromosomes, the second data expansion unit expands the data of the abnormal and duplicate chromosomes, and the second learning unit may educate the second data, However, the present invention is not limited thereto.

이어서, 상기 인식된 정보를 기초로 정상, 비정상 및 중복 염색체 개수를 분석한다(S300). Next, the number of normal, abnormal, and duplicate chromosomes is analyzed based on the recognized information (S300).

상기 염색체의 개수를 분석하는 단계는 하기 수학식 1을 이용하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The step of analyzing the number of chromosomes may be using Equation 1 below, but is not limited thereto.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019104246191-pat00010
Figure 112019104246191-pat00010

상기 수학식 1에서, 상기 NT는 염색체의 개수, 상기 N1은 상기 인식된 염색체의 개수, 상기 Ni(S12|C)는 상기 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계에서 인식된 영역이 상기 염색체를 인식하는 단계에서 인식된 영역(S12)과 기준 C를 충족하여 i개의 중복된 염색체가 단일 객체에 포함된 염색체 객체의 개수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 1, N T is the number of chromosomes, N 1 is the number of recognized chromosomes, and N i (S 12 | C) is the region recognized in the step of recognizing the abnormal and duplicate chromosomes. The region (S 12 ) recognized in the step of recognizing the chromosome and the i number of duplicated chromosomes satisfying the criterion C may be the number of chromosome objects included in a single object, but is not limited thereto.

상기 염색체의 개수를 분석하는 단계는 상기 상기 제 1 신경망(110) 및 상기 제 2 신경망(120)의 결과, 문턱값 및 상기 수학식 1을 이용하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The analyzing of the number of chromosomes may be performed by using the results of the first neural network 110 and the second neural network 120, the threshold value, and Equation 1, but is not limited thereto.

상기 비정상 및 중복 염색체의 개수를 분석하는 단계는 하기 수학식 2를 이용하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The step of analyzing the number of abnormal and duplicate chromosomes may be performed using Equation 2 below, but is not limited thereto.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019104246191-pat00011
Figure 112019104246191-pat00011

상기 수학식 2에서, 상기 DF(Ab)는 비정상 염색체의 개수, 상기 D1(Cr)은 상기 염색체를 인식하는 단계에서 인식된 염색체의 개수, 상기 D2(Ab)는 상기 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계에서 인식된 비정상 염색체의 개수인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 2, D F (Ab) is the number of abnormal chromosomes, D 1 (Cr) is the number of chromosomes recognized in the step of recognizing the chromosome, and D 2 (Ab) is the abnormal and duplicate chromosomes It may be the number of abnormal chromosomes recognized in the step of recognizing, but is not limited thereto.

상기 비정상 및 중복 염색체의 개수를 분석하는 단계는 상기 제 1 신경망(110) 및 상기 제 2 신경망(120)의 결과 및 상기 수학식 2를 이용하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The analyzing of the number of abnormal and duplicate chromosomes may be performed by using the results of the first neural network 110 and the second neural network 120 and Equation 2, but is not limited thereto.

이어서, 상기 분석된 정보를 이용하여 상기 염색체를 판독불가, 정상 또는 비정상으로 판단한다(S400). Then, it is determined that the chromosome is unreadable, normal, or abnormal using the analyzed information (S400).

상기 판단하는 단계는 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하지 못하는 경우에는 판독불가, 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하면서 비정상 염색체를 포함하면 비정상, 미포함하면 정상으로 판단하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the determining step, if the number of chromosomes does not satisfy Equation 3 below, it is impossible to read, and if the number of chromosomes satisfies Equation 3 below and contains an abnormal chromosome, it is abnormal, and if it does not, it is determined as normal. However, the present invention is not limited thereto.

[수학식 3] [Equation 3]

Figure 112019104246191-pat00012
Figure 112019104246191-pat00012

상기 수학식 3에서, 상기 N은 상기 염색체의 개수, 상기 I는 0 내지 5인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In Equation 3, N may be the number of chromosomes, and I may be 0 to 5, but is not limited thereto.

상기 판단하는 단계는 염색체의 계수를 먼저 수행함으로써 오차를 줄이고 자료의 신뢰성을 높일 수 있다. In the determining step, by first performing chromosome counting, errors can be reduced and data reliability can be increased.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.

먼저, 피험자로부터 말초혈액인 정맥혈을 무균 처치 및 헤파린 처리 주사기를 이용하여 10 ml 채취하였다. 상기 채취된 정맥 혈액을 시험관에 주입된 피콜-하이팩 용액 위에 얹어 원심분리하여 림프구를 분리하였다. 상기 분리된 림프구에 LCM 10 배양액을 첨가하여 2회 수세하고 다시 LCM 10 배양액을 넣어 세포수가 4x106이 되게 하였다. 다시 원심분리한 후 0.075 M의 KCl 5.6g/l 저장액 6ml을 넣어 10분간 방치한 후 원심분리하여 상등액을 제거하였다. 이어서 카르노이 고정액(메탄올:아세트산=3:1)으로 3회 고정한 후, 고정된 세포를 슬라이드에 적하하고 공기 중에서 건조한 후 5% 김자 염색을 실시하였다. 염색된 염색체의 이미지를 수득 후 이를 본원에 따른 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템에 의해 판독을 실시하였다. First, 10 ml of venous blood, which is peripheral blood, was collected from the subject using aseptic treatment and a heparin-treated syringe. Lymphocytes were separated by centrifugation by placing the collected venous blood on the Ficoll-Hypaq solution injected into the test tube. The LCM 10 culture solution was added to the isolated lymphocytes, washed twice, and the LCM 10 culture solution was added again so that the number of cells became 4x10 6 . After centrifugation again, 6 ml of 0.075 M KCl 5.6 g/l stock solution was added, left for 10 minutes, and centrifuged to remove the supernatant. Then, after fixing three times with Carnoy's fixative (methanol:acetic acid=3:1), the fixed cells were dropped onto slides, dried in air, and then 5% Giemsa staining was performed. After obtaining an image of the dyed chromosome, it was read by the deep learning-based radiation exposure diagnosis chromosome reading system according to the present application.

도 5는 본 실시예에 따라 측정된 염색체의 개수를 계수한 사진이다. 5 is a photograph in which the number of chromosomes measured according to the present embodiment is counted.

도 5는 구체적으로, 상기 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템의 제 1 분석부에 의해 계수된 염색체의 개수를 나타낸 사진이다. 130장의 이미지 판독 결과 개별 염색체 기준으로 95% 이상의 판독 정확성을 나타내었다. 5 is a photograph showing the number of chromosomes counted by the first analysis unit of the deep learning-based radiation exposure diagnosis chromosome reading system. As a result of reading 130 images, the reading accuracy was more than 95% based on individual chromosomes.

도 6은 본 실시예에 따라 측정된 비정상 및 중복 염색체의 개수를 계수한 사진이다. 6 is a photograph in which the number of abnormal and duplicate chromosomes measured according to the present embodiment is counted.

도 6은 구체적으로, 상기 방사선 피폭 염색체 판독 장치의 제 2 분석부에 의해 계수된 비정상 및 중복 염색체의 개수를 나타낸 사진이다. 196장의 이미지 판독 결과 각각의 상기 중복 및 비정상 염색체의 판독 정확률은 85% 이상인 것으로 나타났다. 6 is a photograph showing the number of abnormal and duplicate chromosomes counted by the second analysis unit of the radiation-exposed chromosome reading apparatus. As a result of reading 196 images, it was found that the reading accuracy of each of the duplicate and abnormal chromosomes was 85% or more.

상기 실시예에 나타난 결과에 따르면, 본원의 방사선 피폭 염색체 판독 장치는 염색체를 판독하는 데 기존보다 뛰어난 80% 이상의 정확성을 나타내는 것으로 확인하였다. According to the results shown in the above examples, it was confirmed that the radiation-exposed chromosome reading apparatus of the present application exhibits an accuracy of 80% or more, which is superior to that of the existing ones in reading chromosomes.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application.

100: 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템
110: 제 1 신경망
120: 제 2 신경망
130: 분석부
131: 제 1 분석부
132: 제 2 분석부
140: 판독부
100: Deep Learning-based Chromosome Reading System for Diagnosis of Radiation Exposure
110: first neural network
120: second neural network
130: analysis unit
131: first analysis unit
132: second analysis unit
140: reading unit

Claims (12)

염색체를 인식하는 제 1 신경망;
상기 염색체 중 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 제 2 신경망;
염색체의 개수를 분석하는 제 1 분석부 및 상기 분석된 염색체 중에서 비정상 및 중복 염색체의 개수를 분석하는 제 2 분석부를 포함하는 분석부;
상기 제 1 분석부 및 상기 제 2 분석부의 결과값으로 염색체를 판독불가, 정상 또는 비정상으로 판단하는 판독부;를 포함하고,
상기 제 1 분석부는 상기 제 1 신경망 및 상기 제 2 신경망의 결과, 임계값 및 하기 수학식 1을 이용하여 상기 염색체의 개수를 분석하는 것이며,
상기 제 2 분석부는 상기 제 1 신경망 및 상기 제 2 신경망의 결과 및 하기 수학식 2를 이용하여 상기 비정상 및 상기 중복 염색체의 개수를 분석하는 것인, 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템:
[수학식 1]
Figure 112021054694252-pat00025

(상기 수학식 1에서,
상기 NT는 염색체의 개수,
상기 N1은 상기 제 1 신경망을 통해 인식된 염색체의 개수,
상기 Ni(S12|C)는 상기 제 2 신경망을 통해 인식된 영역이 상기 제 1 신경망에서 인식된 영역(S12)과 기준 C를 충족하여 i개의 중복된 염색체가 단일 객체에 포함된 염색체 객체의 개수인 것임)
[수학식 2]
Figure 112021054694252-pat00026

(상기 수학식 2에서,
상기 DF(Ab)는 비정상 염색체의 개수,
상기 D1(Cr)은 상기 제 1 신경망을 통해 인식된 염색체의 개수,
상기 D2(Ab)는 상기 제 2 신경망을 통해 인식된 비정상 염색체의 개수인 것임).
a first neural network for recognizing chromosomes;
a second neural network for recognizing abnormal and duplicate chromosomes among the chromosomes;
an analysis unit including a first analysis unit for analyzing the number of chromosomes and a second analysis unit for analyzing the number of abnormal and duplicate chromosomes among the analyzed chromosomes;
and a reading unit that determines that the chromosome is unreadable, normal, or abnormal based on the results of the first analysis unit and the second analysis unit;
The first analysis unit is to analyze the number of chromosomes using the results of the first neural network and the second neural network, a threshold value, and the following Equation 1,
The second analysis unit analyzes the number of the abnormal and the duplicate chromosomes using the results of the first and second neural networks and the following Equation 2, a deep learning-based radiation exposure diagnosis chromosome reading system:
[Equation 1]
Figure 112021054694252-pat00025

(In Equation 1 above,
The N T is the number of chromosomes,
The N 1 is the number of chromosomes recognized through the first neural network,
The N i (S 12 |C) is a chromosome in which the region recognized through the second neural network meets the criterion C and the region recognized by the first neural network (S 12 ), so that i duplicated chromosomes are included in a single object is the number of objects)
[Equation 2]
Figure 112021054694252-pat00026

(In Equation 2 above,
The D F (Ab) is the number of abnormal chromosomes,
The D 1 (Cr) is the number of chromosomes recognized through the first neural network,
The D 2 (Ab) is the number of abnormal chromosomes recognized through the second neural network).
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 신경망은,
상기 염색체를 라벨링하는 제 1 라벨링부;
상기 염색체의 제 1 데이터를 확대하는 제 1 데이터 확대부; 및
상기 제 1 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 제 1 학습부;를 포함하는 것인, 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템.
The method of claim 1,
The first neural network is
a first labeling unit for labeling the chromosome;
a first data enlargement unit for enlarging the first data of the chromosome; and
A chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning that includes; a first learning unit that educates the first data through machine learning.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 신경망은,
상기 비정상 및 상기 중복 염색체를 라벨링하는 제 2 라벨링부;
상기 비정상 및 상기 중복 염색체의 제 2 데이터를 확대하는 제 2 데이터 확대부; 및
상기 제 2 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 제 2 학습부;를 포함하는 것인, 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템.
The method of claim 1,
The second neural network is
a second labeling unit for labeling the abnormal and the duplicate chromosomes;
a second data enlargement unit for enlarging second data of the abnormal and duplicate chromosomes; and
A chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning that includes; a second learning unit that educates the second data through machine learning.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 판독부는 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하지 못하는 경우에는 판독불가, 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하면서 비정상 염색체를 포함하면 비정상, 미포함하면 정상으로 판단하는 것인, 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템:
[수학식 3]
Figure 112019104246191-pat00015

(상기 수학식 3에서,
상기 N은 상기 염색체의 개수,
상기 I는 0 내지 5인 것임).
The method of claim 1,
The reading unit cannot read if the number of chromosomes does not satisfy Equation 3 below, and if the number of chromosomes satisfies Equation 3 and contains an abnormal chromosome, it is determined as abnormal, and if it does not, it is determined as normal. Chromosome reading system for diagnosis of learning-based radiation exposure:
[Equation 3]
Figure 112019104246191-pat00015

(In Equation 3 above,
Wherein N is the number of chromosomes,
wherein I is 0 to 5).
딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템이,
제 1 신경망을 통해 염색체를 인식하는 단계;
제 2 신경망을 통해 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계;
상기 인식된 정보를 기초로 정상, 비정상 및 중복 염색체 개수를 분석하는 단계; 및
상기 분석된 정보를 이용하여 상기 염색체를 판독불가, 정상 또는 비정상으로 판단하는 단계;를 포함하며,
상기 염색체의 개수를 분석하는 단계는 하기 수학식 1을 이용하고,
상기 비정상 및 중복 염색체의 개수를 분석하는 단계는 하기 수학식 2를 이용하는 것인, 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템을 이용한 판독 방법:
[수학식 1]
Figure 112021135219873-pat00027

(상기 수학식 1에서,
상기 NT는 염색체의 개수,
상기 N1은 상기 제 1 신경망을 통해 인식된 염색체의 개수,
상기 Ni(S12|C)는 상기 제 2 신경망을 통해 인식된 영역이 상기 제 1 신경망에서 인식된 영역(S12)과 기준 C를 충족하여 i개의 중복된 염색체가 단일 객체에 포함된 염색체 객체의 개수인 것임)
[수학식 2]
Figure 112021135219873-pat00028

(상기 수학식 2에서,
상기 DF(Ab)는 비정상 염색체의 개수,
상기 D1(Cr)은 상기 제 1 신경망을 통해 인식된 염색체의 개수,
상기 D2(Ab)는 상기 제 2 신경망을 통해 인식된 비정상 염색체의 개수인 것임).
A chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning,
Recognizing a chromosome through a first neural network;
recognizing abnormal and duplicate chromosomes through a second neural network;
analyzing the number of normal, abnormal and duplicate chromosomes based on the recognized information; and
Including; determining the chromosome as unreadable, normal or abnormal using the analyzed information;
The step of analyzing the number of chromosomes uses Equation 1 below,
The step of analyzing the number of abnormal and duplicate chromosomes is to use Equation 2 below, a reading method using a deep learning-based radiation exposure diagnosis chromosome reading system:
[Equation 1]
Figure 112021135219873-pat00027

(In Equation 1 above,
The N T is the number of chromosomes,
The N 1 is the number of chromosomes recognized through the first neural network,
The N i (S 12 |C) is a chromosome in which the region recognized through the second neural network meets the criterion C and the region recognized by the first neural network (S 12 ), so that i duplicated chromosomes are included in a single object is the number of objects)
[Equation 2]
Figure 112021135219873-pat00028

(In Equation 2 above,
The D F (Ab) is the number of abnormal chromosomes,
The D 1 (Cr) is the number of chromosomes recognized through the first neural network,
The D 2 (Ab) is the number of abnormal chromosomes recognized through the second neural network).
제 7 항에 있어서,
상기 염색체를 인식하는 단계는
상기 염색체를 라벨링하는 단계;
상기 염색체의 제 1 데이터를 확대하는 단계; 및
상기 제 1 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 단계;를 포함하는 것인, 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템을 이용한 판독 방법.
8. The method of claim 7,
Recognizing the chromosome
labeling the chromosome;
enlarging the first data of the chromosome; and
A reading method using a chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning, including; educating the first data through machine learning.
제 7 항에 있어서,
상기 비정상 및 중복 염색체를 인식하는 단계는
상기 비정상 및 상기 중복 염색체를 라벨링하는 단계;
상기 비정상 및 상기 중복 염색체의 제 2 데이터를 확대하는 단계; 및
상기 제 2 데이터를 기계학습을 통해 교육하는 단계;를 포함하는 것인, 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템을 이용한 판독 방법.
8. The method of claim 7,
Recognizing the abnormal and duplicate chromosomes
labeling the abnormal and the duplicate chromosomes;
enlarging second data of the abnormal and duplicate chromosomes; and
A reading method using a chromosome reading system for diagnosing radiation exposure based on deep learning, including; educating the second data through machine learning.
삭제delete 삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 판단하는 단계는 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하지 못하는 경우에는 판독불가, 상기 염색체의 개수가 하기 수학식 3을 충족하면서 비정상 염색체를 포함하면 비정상, 미포함하면 정상으로 판단하는 것인, 딥러닝 기반 방사선 피폭 진단용 염색체 판독 시스템을 이용한 판독 방법:
[수학식 3]
Figure 112019104246191-pat00018

(상기 수학식 3에서,
상기 N은 상기 염색체의 개수,
상기 I는 0 내지 5인 것임).
8. The method of claim 7,
In the determining step, if the number of chromosomes does not satisfy Equation 3, it is impossible to read, and if the number of chromosomes satisfies Equation 3 and contains an abnormal chromosome, it is abnormal, and if it does not, it is determined as normal. , Reading method using deep learning-based chromosome reading system for radiation exposure diagnosis:
[Equation 3]
Figure 112019104246191-pat00018

(In Equation 3 above,
Wherein N is the number of chromosomes,
wherein I is 0 to 5).
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Esteban Pardo 외, Semantic segmentation of mFISH images using convolutional networks, arXiv, 2018.05.04., pp.1-14.
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Yulei Qin 외, Varifocal-Net: A Chromosome Classification Approach Using Deep Convolutional Networks, arXiv, 2019.03.20., pp1-13.*

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